结构设计PKPM建模重难点内容说明Word格式文档下载.docx

1、框架剪力墙结构；剪力墙结构；框支剪力墙结构；筒体结构；悬挂结构和巨型结构，目前采用最多的是前五种结构。设计中到底采用何种结构，要经过方案比较确定，这主要看拟建建筑物的高度，用途，施工条件和经济比较等。在现实设计中考虑经济性而定的结构方案占据了90%以上，毕竟真金白银的投资浪费了哪个甲方不心痛，像央视大楼这样烧钱的面子工程是没有几个甲方愿意投资的，有这样的也不可能交给你做。第二步是进行合理的结构布置。这里我们提供各种不同的工程实例让大家进行结构布置，让一个新手在尽快短的时间内不断的进行各种不同结构类型的思维转换，强化在这个方面的能力，让同学们在参加完培训后能独立完成主要几种常见结构类型的结构布置

2、（如框架、框剪、纯剪等），毕竟毕业后在设计院中刚开始时做的就是这几种主流的结构类型，在设计院中会发现似曾相识的感觉，因为我们完全是按设计院的实战标准进行的课程设置，真正做到了与设计院实现无缝对接。如果你对自己还缺乏信心，你可以在本公司参与实际项目的设计提升自己的实践能力。有道是“熟能生巧，勤能补拙”，这是放之四海而皆准的道理。确定各类恒荷载及活荷载、线荷载、风荷载、地震作用（课程十一大核心之四）荷载在结构设计中占有至关重要的作用。1）整体计算时：结构整体动力效应的计算采用的是质量串（每个楼层最后等效成一个有质量的质点）模型，中国规范在考虑地震组合时采用的是重力荷载代表值（也就是质点的等效质量）

3、=恒载+0.5活载，从这个等式可以看出如果在pkpm中输入荷载不准确会导致你的等效质量不准确，也就导致你的整体计算所有指标都是不准确的。尤其是漏掉荷载对整体计算和基础计算是致命的，特别是对高层结构，每层漏一点但乘以33层可以想象一下会有多大。所以荷载的分类以及荷载的性质一定要搞清楚，此外活载的存在是有概率的，不可能荷载同时在所有楼层出现，在pkpm计算中如何体现这些因素是有很多讲究的，考虑的好可以节省整个工程造价（考虑时要具体问题具体对待，否则会造成局部计算不足），不考虑的话会造成不必要的浪费，所以对活载一定要有深刻的理解才能准确运用。2）局部计算时：还有很多特殊活荷载如消防车荷载、比如多层地

4、下室要运送100T的设备，那么它们行进路线中的梁板计算该如何考虑活荷载呢？再比如楼板上有设备荷载，那么计算楼板时该如何转化为等效荷载呢？横向作用：1）风荷载是外界施加在建筑物上的作用，一般不会在混凝土结构中起控制作用，但在超高层以及台风地区可能例外，此外在钢结构厂房中一般风荷载起控制作用。所以在上述设计中一定要注意风荷载的取值，并注意多塔楼之间的遮挡关系，这在风荷载较大的地区对整个工程造价有很大影响。2）地震作用：地震作用是有地基土运动引起建筑结构产生变形的动态作用。总的来说：抗震设计有四种思路：第一种是“抗”采用二阶段设计实现三个水准的设防目标：第一阶段设计：是承载力验算，取第一水准的地震动

5、参数计算结构的弹性地震作用标准值和相应的地震作用效应，进行结构构件的截面承载力验算及变形验算。既满足了在第一水准下强度要求，又满足第二水准的变形要求。第二阶段设计：采用第三水准烈度的地震动参数，进行弹塑性变形验算，并结合采取相应的抗 震构造措施，实现第三水准的设防要求。“小震不坏、中震可修、大震不倒”三水准性能目标，这也是最基本的抗震性能化设计目标。此外2010版新抗规增加了性能化设计目标：“使用功能或其 他方面有专门要求的建筑，当采用抗震性能化设计时，具有更具体或更高的抗震设防目标。”第二种是“耗”在设计时要在结构某些部位人为地制造若干薄弱环节，以便比较容易地产生一些朔性铰，并耗散大量的能量

6、，还可以增大结构的整体延性。目前已经掌握的方法主要是在剪力墙中设置垂直和水平滑动缝，选择一些耗能构件，在地震作用下，使其产生朔性变形，如联肢墙的联肢梁，框架结构中强柱弱梁之框架梁等的。此外在一些关键部位加阻尼器也是超高层建筑中越来越多的选择，这也是以后有效应对地震作用的趋势。耗能构件应具有明显的约束屈服阶段，同时应使仍然处于弹性工作的构件保持得越久越好。第三种是“隔”设置隔震层以隔离水平地震的房屋隔震设计，我们知道地震作用是由地基土运动引起建筑结构产生变形的动态作用，因此在基础与上部结构之间设置隔震层能有效降低地震作用下结构的动力效应。这也是以后抗震设计的发展方向。第四种是“保”大家都知道地震

7、破坏的危害性，对于结构在强震下的安全性，在结构设计中我们一般采取的是多道防线，力保在地震作用下结构主体不至于倒塌，这属于结构概念设计的范畴。比如框架剪力墙结构，剪力墙作为第一道防线，框架作为第二道防线。当然这里还有很多构造上的措施来保证，这也是课程的重点内容。再比如框架结构，我们是通过多余约束来解决这个问题，这也是为什么单榀框架和半框架不能占的比例太多的原因，大家可以想象为什么？多道防线的意义既然这么重要，那么什么它的概念和内涵是什么呢？第一，整个抗震结构体系由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作。第二，抗震结构体系具有最大可能数量的内部、外部赘余度，有意识地建立

8、起一系列分布的较易于修复的塑性屈服区，以使结构吸收和耗散大量的地震能量。按照多道防线的概念，设计计算时，需考虑部分构件出现塑性变形后的内力重分布，使各个分体系所承担的 地震作用的总和大于不考虑塑性内力重分布时的数值。2、抗震薄弱层塑性变形集中（l）按多遇地震进行弹性设计的结构，构件的实际承载力分析（而不是承载力设计值的分析）是判断薄弱层（部位）的基础。（2）要使楼层（部位）的实际承载力和设计计算的弹性受力之比在总体上保持一个相对均匀的变化，比例突变，会由于塑性内力重分布导致薄弱部位出现塑性变形的集中。（3）要防止在局部上加强而忽视整个结构各部位刚度、强度的协调。（4）在抗震设计中有意识、有目的

9、地控制薄弱层（部位），采取措施（如采用约束砌体、约束混凝土、约束边缘构件、消能梁段等）使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，是提高结构总体抗震性能的有效手段。限于篇幅这里只是简单的介绍了一下抗震概念设计的知识点，其余的我们在面授课中详细展开。鉴于风荷载与水平地震作用在横向作用中的重要性，那么它们有什么异同点呢？.地震作用是从结构基础上传来的作用，其大小与建筑结构的固有特性有关。它不是荷载而是自身的反应；风荷载是施加在结构外表上的荷载，其大小与建筑结构的外形和尺寸有关系，而且随着建筑物的高度的增高而加大，即建筑物上部的风作用比下部大。.地震作用完全是动力作用，而风荷载作用则具有静力和动力的双

10、重作用性质。因而在考虑建筑结构变形时，对风作用而言，要考虑静力变形和动力变形良种；而对地震作用则只有动力变形。.地震作用的大小与建筑物上的重力荷载有密切的关系，重力荷载越大地震作用越大，但对风荷载而言，重量是次要的因数，建筑物的外表面积则是主要因数。.在一定范围内，建筑结构的固有周期越长，其经受的地震作用就越小，但对风荷载作用则正好相反，周期长了反而越大。.地震作用的时间非常短暂，而强风持续可达几个小时。.地震作用随地基不同，基础埋深不同而变化，很少直接受周围环境的影响。但风荷载作用则受地形，地上各种建筑物和构筑物的强烈影响。.地震作用发生的概率较小，几十年遇一次，但风荷载作用就很频繁，差不多

11、每年都有大风或台风出现。.人类对风荷载作用的认识，理解得较深，但对地震作用则知之甚少，而它的破坏作用却很大。使用PMCAD建立整体结构模型（课程十一大核心之五）点评：对新手而言，开始最大的障碍是不知道如何建立模型。主要有二：其一是不知道如何将建筑图包含的内容简化为建模所需要的结构语言。因为大学是学历教育，给你的是已经简化了的结构模型，连荷载也都给出，剩下的只需要计算内力等效应问题就可以了。可是计算模型怎样从实际工程简化而来的不知道，荷载为什么取这样的数值不知道，计算出来是否合理不知道，而这恰恰是职业教育也就是培训所要解决的问题。其二是不知道如何运用软件来建立模型，解决如何建模以及快速建模是十大

12、核心课程之一。模型如何简化与你的设计思想息息相关，如何化繁为简，抓主放次，说到底是你的结构思想如何在模型中体现，这才是结构设计的真正精髓。现在的设计周期很短，一般一个中等复杂的高层住宅（比如33层框剪结构带地下室）一个月就要出施工图，如果建模及调整模型、通过整体计算就花了一个星期，不用说肯定画不完，一般最多两天，快的话一天就够。如果是纯剪结构的话一般一天就可以通过。根据高层技术规范、抗震规范等进行合理的SATWE计算参数设定（课程十一大核心之六）SATWE参数涉及的范围很广，不仅包含了很多高规、抗规、荷规、混规的规定，也还有PKPM很多的暗箱操作，也就是默认条件，当不符合它的默认条件时往往出现

13、很多不合理的结果，所以需要有人为的判断和分析，这也是结构设计中很重要的能力。SATWE参数的设定是否符合实际工程项目对结构整体计算安全性有着直接影响，此外SATWE参数的合理性对整个工程造价有着决定性影响。因此了解每个参数的适用范围以及规范出处是指导我们以后设计的根本。而且切忌参数之间都是孤立地考虑，有时候两个参数之间是互斥的，如：梁设计弯矩放大系数和梁活荷不利布置一般是不会同时考虑的。比如如何设定抗震等级？抗震等级是结构整体计算后非常重要的参数之一，它对实现强柱弱梁、强剪弱弯的抗震思想有着直接影响，是最重要的抗震措施之一。以下按2010版新抗规：比如在北京建一所小学（框架结构），那么柱的抗震

14、等级是几级？这就涉及到抗震设防分类标准以及抗规。而没有说明房屋高度如何查表6.1.2呢？答案是一级。再比如：七度区50m框剪结构墙住宅的倾覆比小于50%，那么柱的抗震等级是几级？答案是二级。如果抗震等级错了那么内力调整系数就会有问题，接着就是梁柱分配的内力计算错误，再接下来梁柱配筋就自然错了。再深入一点，如果是大底盘（带地下室）多塔楼结构，那么裙房与主楼抗震等级是否一致？两层地下室的抗震等级应该一致还是分别取用？它们和主楼的抗震等级是否有关联？再比如施工加载方式的选择?PKPM有四种加载方式：1.一次性加载2.模拟施工加载13.模拟施工加载2模拟施工加载3提出一个问题？如果是长悬臂结构（比如悬

15、挑10m），而且还有几层悬挑（施工单位一般采用悬挑脚手架的施工方式）那么选择符合施工方式的加载方式就很关键，若选择错误那么按你的配筋施工后只要一拆模那么悬挑部分很有可能就会开裂甚至倾覆此外，这四种加载方式的假定是什么？它的适用条件是什么？这四种加载方式对结构效应影响的趋势是什么？柱计算时如何选择单偏压或双偏压？它和双向地震时候是否有着必然联系？如果柱计算选择双偏压计算但进行双偏压验算时发现竟然不能通过，那么为什么双偏压计算但双偏压验算却不过呢？是PKPM的漏洞还是另有隐情？带地下室的结构在填写“回填土对地下室约束相对刚度比”和“扣除地面以下几层的回填土约束层数”的数字时如何将结构层和建筑层的对

16、应关系搞清楚是关键！否则对地震力是否往下传以及地下室在哪里嵌固有着直接影响，如果填错了，可以想象到地下室的设计安全性问题。梁端负弯矩调幅系数、梁设计弯矩放大系数、梁活荷不利布置这三者之间有什么联系？这几个参数选择的是否合理对梁的配筋影响太大，所以搞清楚三者之间的内在逻辑关系是正确填写的前提。周期折减系数：一般来说输入此数值都会对整体计算及结构配筋产生影响，那么它影响的趋势是什么？而有时候输入此数值后对计算却没有任何影响呢？这又是为什么？中梁刚度放大系数：有的填2，有的填1.8，有的填1.5，有的填1。反正五花八门，网上也有很多争议，那么在实际设计中究竟应该填多少才符合实际情况呢？填大填小对整体

17、计算的影响趋势是什么？对梁的计算配筋和柱的配筋有多大影响？新规范编制小组对这点也提出了相应的修改意见，这也是汶川大地震之后一幕幕惨剧带给我们的沉痛反思，尽管这样的代价太过沉重。框支转换时转换梁的刚度需要放大多少倍才能保证框支梁和上部剪力墙的协调变形？（因为PKPM在这里默认的是梁单元（框支梁）和壳单元（剪力墙），这两者是不能进行有限元划分来模拟边界协调变形的，所以只能近似考虑）。总之，SATWE参数涉及面非常广，不仅要求对高规、抗规、荷规、混规非常熟悉，还要对PKPM很多的默认条件有深入的了解才能正确的填写，正所谓“差之毫厘，失之千里”。鉴于篇幅，我们只能列举其中一二，所有SATWE参数我们在

18、面授课中会逐一讲解，让同学们对这些参数了然于心。结构整体计算正确与否与SATWE参数设置紧密相关，有时甚至是致命的。软件的计算是由参数控制的，而参数的输入是由人控制的，所以最终还是你的正确与否决定计算的正确性。把PKPM当成傻瓜软件的人自己也是.特殊构件定义我们知道，结构类型纷繁复杂，结构构件在整个结构体系中的作用也不尽相同，因此实现你的结构思想有时就需要定义一些特殊构件。比如角柱是承受双向地震力的重要构件，它和中柱、边柱并不同，需要特殊定义；再比如此梁和主梁，次梁和剪力墙相连，什么时候定义铰接什么时候定义刚接？计算完后如何在施工中通过构造保证？否则你的施工图和你的计算模型就是矛盾的，这样的错

19、误有时是很严重的。什么时候梁可以调幅，什么时候梁不能调幅？如果不该调幅的时候你调幅了这对梁来说是很危险的。又比如计算框支梁（框支梁和普通框架梁不同，不仅受弯而且还受拉）时，如何在模型计算时让框支梁产生拉力呢？而仅仅定义框支梁是不行的，这只对地震作用计算后的抗震措施起作用，对地震作用计算是否让框支梁产生拉力是不起作用的！此外，何时进行刚度折减？何时进行扭矩折减？何时调整抗震等级？又何时设置特殊支撑以及特殊墙？诸如此类的这些问题是帮助实现我们结构设计思想的有力武器，但“水能载舟，亦能覆舟”，如果对这些特殊构件的理解不够深入的话，很可能是南辕北辙，本末倒置。建议如果不是很熟的话不要随便在正式的施工图

20、设计时使用，如果要用需要有高手的指导。按高层技术规范进行计算分析（重点是对周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力比、刚重比、剪重比、框架柱地震倾覆弯矩百分比等整体信息进行分析）（课程十一大核心之七）我们知道建筑物是建造于地基之上的，如何保证它在风荷载作用、地震作用下的整体稳定是宏观层面的问题，它不同于结构构件设计，那是微观层面的问题。从本质上说建筑物是一个悬臂构件（只不过大一点而已），那么一个悬臂构件如何抵御风荷载、水平地震作用等横向作用呢？“树欲静而风不止”，一棵树如果它不是树茎粗壮，那么大风一吹就会折断，这也是为什么结构设计中整体刚度很重要的原因。那么整体刚度多大算合理？最少需要多少才满足

21、基本要求呢？它和整个建筑的质量有什么关系？此外这个树如果不是扎根地下，就算是“春风拂柳”它也会应声倒地的，这也是为什么结构设计中防止倾覆而基础需要有埋深的原因！那么不同的基础形式是不是埋深都一样呢？它和建筑物的高度有什么联系呢？如果树茎有的地方太粗有的地方太细，那么大风一吹，整个树就会从细的部位折断。同样，结构设计中上下层之间的相对刚度不能太大，否则也会形成薄弱层。那么它们之间的比值取多大才能避免这种情况呢？试想想如果一棵树枝繁叶茂，而树干细长，那么它肯定会失稳倒塌（注意：这和倾覆是两回事），这也是为什么需要设定刚重比的原因！那么满足何值才能保证整体稳定，才能不考虑重力二阶效应呢？“舞狂风蝶时

22、过树”，如果整个建筑也这样恐怕没有人敢住了，那么我们如何限制建筑的位移和它的扭转呢？那么位移比和周期比就应运而生了，那么这两个比值和整个建筑的结构布置有什么样的内在联系？规范中又是如何限定？我们只是简单地引出了这几个比值，那么这几个比值它的衡量指标到底是什么？它们在保证结构整体稳定中各自扮演着怎样的角色？它们相互之间的内在联系又是什是不是满足了这几个指标就一定能保证结构的整体稳定性呢？对整体信息中超规范限值部分及结构构件计算超筋信息进行合理的调整（课程十一大核心之八）PKPM是傻瓜式操作，即使你输错了，它也能算得挺欢，就看你会不会正确判断了！所以PKPM是受人控制的，归根结底是由你的结构概念和

23、结构思想控制。这就好比一名神探他看到的是案发现场，他需要从结果推断案发经过，当然断案手段可以多种多样，但求证是最基本的精神。这和我们从PKPM的计算结果中找出错误原因有异曲同工之妙。我们经常要分析为什么会这样，产生这个错误的原因是什么。那么PKPM的计算结果中有哪些比较重要的超限错误呢？4.整体超限错误：这里首先要判断第一平动周期和第一扭转周期，是不是只要是第一个平动系数最大的平动周期就是第一平动周期呢？答案是否定的。那么怎样才能准确判断第一平动周期呢？它和SATWE参数设置有着怎样的关联？其次是超限了又该怎么办？一般的设计师总是喜欢加大截面或者是增加抗侧力构件，这些手段可能有些时候的确有用，

24、但并不是最好的办法，而且这种方法对工程造价的影响很大。最佳的方法是从整体结构布置以及相对强弱的关系入手也就是侧向刚度与扭转刚度的相对关系，它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效更合理，也就是说，周期比不是要求结构足够结实，而是要求结构承载布局合理。那么不同的结构体系中怎么样的相对关系才算是合理呢？在实际设计中我们又该如何把握呢？2）位移比超限：在抗规和高规的条文中我们知道位移比是控制结构平面不规则的重要指标。首先，计算位移比时是否考虑偶然偏心？是否考虑双向地震？还有没有其它的计算假定？是不是所有工况下位移比超限都需要调整呢？其次是如何调整，新手往往不知道如何下手，有一到两年工作经验的人可能知道

25、找到位移最大点去加大截面，但这也是最初级的阶段，往往可能越加越乱最后自己也不知道怎么下手了！那么有没有更多更高级一点的组合拳来解决这个问题呢？方法有很多，但只有手把手教才可能让同学们理解并掌握这些方法。这两者都是和薄弱层的判断有关。前者仅和抗侧力构件的截面尺寸有关，后者还和构件材料性质以及截面配筋有关系。我们知道，PKPM提供了三种刚度选择模式：剪切刚度、弯剪刚度、地震力与层间位移比，那么不同的结构类型分别用哪种刚度计算？如何用它们来判断地下室的嵌固端在哪里？如果这两个比值不满足我们又该如何调整和应对呢？前面已经提及这里就不再赘述。为什么要规定此条？因为在长周期作用下，地震影响系数下降较快，由

26、此计算出的水平地震下的结构效应可能太小，而对于长周期结构，地震动态作用下的地面加速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用，但振型分解法尚无法对此做出较准确的计算，出于安全考虑规定了各楼层水平地震剪力的最小值当这个比值不满足规范但差的不是太多的话有没有特别简单的方法让它计算通过呢？当然如果差太多，就需要考虑调整结构布置了。在框剪结构中一般都会让框架柱的抗震等级尽量同框架结构中框架柱的抗震等级，否则框架柱的抗震等级提高后一系列的构造措施也相应提高，经济上很不合算。因此将框架柱地震倾覆弯矩百分比控制在50%以下就是非常关键的技能。有的同学就说将剪力墙加多一点不就行了，这是不得已最后的办法，不要轻易地动

27、用，这会增加整个工程造价。那么有没有更好的办法来解决这个问题呢？5.局部超限错误：在框剪或纯剪结构中，我们经常面对连梁的超限，而且很难调整。首先，你要了解连梁的破坏机理和在结构体系中所起的作用，这样才能在设计的时候知道哪个部位我一定要加强，哪个部位即使不满足我也可以放松，真正做到心中有数。其次，你要知道哪些因素是导致连梁超限的原因，哪些是主要因素，哪些是次要因素，只有知道了这些才能有目的地进行调整。一般的做法是减小连梁高度，但有时这种方法调到极限也无法通过。那么只有搞清楚它和周围墙肢的相互关系（这是局部的），和整体结构之间的关系（这是整体的）这样才能一剑封喉。那么这些关系如何才能判断呢？最后，当你对局部进行调整了也不能计算通过而且由于建筑条件的限制导致无法对整体结构布置进行调整时，这时候还有没有办法进行连梁设计呢？设计的时候应该怎样考虑弯矩和剪力，它对周围的墙肢配筋又有何影响？墙肢超限有两种情况，一种是配筋超限，另一种是稳定超限。墙肢配筋超限：墙肢配筋超限和连梁超限很类似，也分局部和整体结构之间的关系，所以当局部调整不奏效的时候，要考虑整体结构布置调